Уред за амперметър и волтметър

Първоначално волтметрите и амперметрите са само механични и едва много години по -късно с развитието на микроелектрониката започват да се произвеждат цифрови волтметри и амперметри. Независимо от това, дори и сега механичните измервателни уреди са популярни. Те, в сравнение с цифровите, са устойчиви на смущения и дават по -визуално представяне на динамиката на измерената стойност. Техните вътрешни механизми остават практически същите като каноничните магнитоелектрични механизми на първите волтметри и амперметри.

В тази статия ще разгледаме устройството на типичен циферблат, така че всеки начинаещ да може да разбере основните принципи на работа на волтметри и амперметри.

В работата си устройството за измерване на показалеца използва магнитоелектричния принцип. Постоянен магнит с изразени полюсни части е фиксиран на място. Между тези стълбове е фиксирана стоманена сърцевина, така че да се образува въздушна междина между сърцевината и полюсните части на магнита постоянно магнитно поле.

В пролуката се вкарва подвижна алуминиева рамка, върху която се навива бобина с много тънка жица. Рамката е фиксирана върху валовете на оста и може да се върти с макарата. Стрелката на устройството е прикрепена към рамката със спирални пружини. През пружините към бобината се подава ток.

Когато ток I преминава през проводника на бобината, тогава, тъй като бобината е поставена в магнитно поле, а токът в нейните проводници тече перпендикулярно, пресичайки магнитните силови линии в пролуката, въртяща се сила от страната на магнитното поле ще действа върху него. Електромагнитната сила ще създаде въртящ момент M, а намотката, заедно с рамката и стрелката, ще се завърти през определен ъгъл α.

Тъй като индукцията на магнитното поле в пролуката е непроменена (постоянен магнит), въртящият момент винаги ще бъде пропорционален на тока в бобината, а стойността му ще зависи от тока и от постоянните конструктивни параметри на това конкретно устройство (c1 ). Този момент ще бъде равен на:

Моментът на реакция, предотвратяващ завъртането на рамката, произтичащ от наличието на пружини, ще бъде пропорционален на ъгъла на усукване на пружините, тоест ъгъла на въртене на стрелката, свързана с движещата се част:

По този начин въртенето ще продължи, докато моментът M, създаден от тока в рамката, е равен на момента на противодействие Mпр от пружините, тоест до настъпване на равновесие. В този момент стрелката ще спре:

Очевидно ъгълът на усукване на пружините ще бъде пропорционален на тока на рамката (и измерения ток), поради което устройствата на магнитоелектрическата система имат еднаква скала. Коефициентът на пропорционалност k между ъгъла на завъртане на стрелката и единицата на измерения ток се нарича чувствителност на устройството.

Реципрочното се нарича разделяне на скалата или константа на устройството. Измерената стойност се определя като произведение на стойността на делението от брой деления по скалата.

За да се избегнат смущаващи вибрации на подвижната рамка по време на преходите на стрелката от едно от нейните положения в друго, в тези устройства се използват магнитни индукционни или въздушни клапани.

Магнитният индукционен амортисьор е плоча от алуминий, която е фиксирана върху оста на завъртане на устройството и винаги се движи със стрелката в полето на постоянен магнит. Получените вихрови токове забавят намотката.Изводът е, че според правилото на Ленц вихровите токове в плочата, взаимодействащи с магнитното поле на постоянния магнит, който ги генерира, възпрепятстват движението на плочата, а трептенията на стрелката бързо затихват. Ролята на такъв амортисьор с магнитна индукция играе алуминиевата рамка, върху която е навита намотката.

При завъртане на рамката магнитният поток от постоянния магнит, проникващ в алуминиевата рамка, се променя, което означава, че в алуминиевата рамка се индуцират вихрови токове, които при взаимодействие с магнитното поле на постоянния магнит имат спирачен ефект , и трептенията на стрелката спират.

Въздушните амортисьори на магнитоелектрически устройства са цилиндрични камери с поставени бутала вътре, свързани към движещите се системи на устройства. Когато движещата се част е в движение, буталото във формата на крило се спира в камерата и трептенията на иглата се затихват.

За да се постигне необходимата точност на измерване, устройството не трябва да се влияе от гравитацията по време на измерването, а отклонението на стрелката трябва да бъде свързано само с въртящия момент, произтичащ от взаимодействието на тока на бобината с магнитното поле на постоянния магнит и с спирането на рамката чрез пружини.

За да се премахне вредното въздействие на гравитацията и да се избегнат свързаните с това грешки, към движещата се част на устройството се добавят противотежести под формата на тежести, движещи се върху пръти.

За да се намали триенето, стоманените накрайници са изработени от полирана износоустойчива стомана или волфрамово-молибденова сплав, а лагерите са направени от твърд минерал (ахат, корунд, рубин и др.). Разстоянието между върха и опорния лагер се регулира с фиксиращ винт.

За точно задаване на стрелката на нулева начална позиция, устройството е оборудвано с коректор. Коректорът в циферблата е винт, изведен и свързан с каишка с пружина. С помощта на винт можете леко да преместите спиралата по оста, като по този начин регулирате първоначалното положение на стрелката.

Повечето съвременни устройства имат подвижна част, окачена на чифт носилки под формата на еластични метални ленти, които служат за подаване на ток към бобината и създаване на протичащ въртящ момент. Скобите са свързани с чифт плоски пружини, разположени взаимно перпендикулярно.

Честно казано, отбелязваме, че в допълнение към класическия механизъм, разгледан по-горе, има и устройства с не само U-образни магнити, но и цилиндрични магнити, и магнити с форма на призма, и дори с магнити с вътрешна рамка, които сами по себе си могат да бъдат подвижни.

За измерване на ток или напрежение магнитоелектрическото устройство е включено в DC веригата според амперметъра или волтметровата верига, разликата е само в съпротивлението на бобината и във веригата за свързване на устройството към веригата. Разбира се, целият измерен ток не трябва да преминава през намотката на устройството при измерване на ток, а при измерване на напрежение не трябва да се консумира голяма мощност. Допълнителен резистор, вграден в корпуса на измервателното устройство, служи за създаване на подходящи условия.

Съпротивлението на допълнителния резистор във веригата на волтметъра надвишава съпротивлението на бобината многократно и този резистор е направен от метал с изключително малък температурен коефициент на съпротивлениекато манганин или константан. Резисторът, свързан паралелно с бобината в амперметъра, се нарича шунт.

Съпротивлението на шунта, напротив, е в пъти по -малко от съпротивлението на измервателната работна намотка, следователно само малка част от измерения ток преминава през проводника на бобината, докато основният ток тече през шунта. Допълнителен резистор и шунт ви позволяват да разширите обхвата на измерване на устройството.

Посоката на отклонение на стрелката на устройството зависи от посоката на тока през измервателната намотка, следователно, когато свързвате устройството към веригата, е важно да спазвате правилно полярността, в противен случай стрелката ще се движи в другата посока . Съответно магнитоелектрическите устройства в канонична форма са неподходящи за включване към верига на променлив ток, тъй като стрелката просто ще вибрира, докато остава на едно място.

Въпреки това, предимствата на магнитоелектрическите устройства (амперметри, волтметри) включват висока точност, еднаквост на скалата и устойчивост на смущения, генерирани от външни магнитни полета. Недостатъците са непригодността за измерване на променлив ток (за да се измери променлив ток, първо ще трябва да го коригирате), изискването за спазване на полярността и уязвимостта на тънката жица на измервателната намотка към претоварване.